MIS ON OTSENE PILDINDUSMEETOD?

Send

Tere tulemast tagasi meie Exoplanet-jahimeetodite sarja viimase osamakse juurde. Täna alustame väga keerulisest, kuid väga paljulubavast meetodist, mida nimetatakse otseseks pildistamiseks.

Viimase paarikümne aasta jooksul on meie päikesesüsteemist kaugemale avastatud planeetide arv hüppeliselt kasvanud. 4. oktoobri 2018 seisuga on 2887 planeedisüsteemis kinnitatud 3888 eksoplaneeti, kusjuures 638 süsteemi majutavad mitut planeeti. Kahjuks on piirangute tõttu astronoomid sunnitud võitlema, ja enamik neist on avastatud kaudsete meetoditega.

Siiani on piltide järgi avastatud vaid käputäis planeete, kui nad tiirlesid ümber oma tähtede (teise nimega. Direct Imaging). Ehkki see on kaudsete meetoditega võrreldes keeruline, on see eksoplaneetide atmosfääri iseloomustamisel kõige paljulubavam. Siiani on seda meetodit kasutades kinnitatud 82 planeedisüsteemis 100 planeeti ja lähiajal on oodata veel palju teisi.

Kirjeldus:

Nagu nimigi osutab, koosneb otsene pildistamine eksoplaneetide piltide otse jäädvustamisest, mis on võimalik otsides planeedi atmosfäärist peegelduvat valgust infrapunakiirguse lainepikkustel. Selle põhjuseks on asjaolu, et infrapunakiirguse lainepikkustel on täht tõenäoliselt ainult umbes miljon korda heledam kui valgust peegeldav planeet, mitte aga miljard korda (mis on tavaliselt visuaalsete lainepikkuste puhul).

Otsese pildistamise üks ilmsemaid eeliseid on see, et see on vähem aldis valepositiivsetele tulemustele. Kui transiidimeetodil on kalduvus valepositiivsetesse tulemustesse kuni 40% juhtudest, mis hõlmavad ühe planeedi süsteemi (vajavad jälgimisvaatlusi), siis radiaalse kiiruse meetodi abil tuvastatud planeedid vajavad kinnitust (seega miks see tavaliselt on seotud transiidimeetodiga) . Seevastu otsene pildistamine võimaldab astronoomidel näha planeete, mida nad otsivad.

Kuigi selle meetodi kasutamise võimalused on haruldased, võib see kõikidest teadusuuringutest hoolimata pakkuda teadlastele väärtuslikku teavet planeedi kohta. Näiteks saavad astronoomid planeedi atmosfäärist peegelduvate spektrite uurimisega saada eluliselt olulist teavet selle koostise kohta. See teave on oluline eksoplaneedi iseloomustamiseks ja selle võimaliku elamiskõlblikkuse määramiseks.

Fomalhaut b puhul võimaldas see meetod astronoomidel rohkem teada saada planeedi koostoimest tähe protoplanetaarse kettaga, seada piiranguid planeedi massile ja kinnitada massiivse rõngasüsteemi olemasolu. HR 8799 puhul andis tema eksoplaneedi atmosfäärist peegelduv infrapunakiirguse hulk (koos planeetide moodustumise mudelitega) planeedi massi ligikaudse hinnangu.

Otsepildistamine töötab kõige paremini nende planeetide korral, millel on laiad orbiidid ja mis on eriti massiivsed (näiteks gaasihiiglased). See on väga kasulik ka planeetide tuvastamiseks, mis on asetatud "näoga", st need ei kulge vaatleja suhtes tähe ette. See muudab radiaalse kiiruse vabaks, mis on kõige efektiivsem servade peal olevate planeetide tuvastamisel, kus planeedid teevad oma tähe läbi.

Võrreldes teiste meetoditega on otsene pildistamine üsna keeruline, kuna tähelt tulevat varjavat mõju on. Teisisõnu on väga keeruline tuvastada planeedi atmosfäärist peegelduvat valgust, kui selle lähtetäht on nii palju heledam. Seetõttu on otsese pildistamise võimalused praeguse tehnoloogia kasutamisel väga haruldased.

Enamasti saab planeete selle meetodi abil tuvastada ainult siis, kui nad tiirlevad tähtedest kaugemal või on eriti massiivsed. See muudab maapealsete (teise nimega „Maa-sarnased”) planeetide otsimise nende tähttele lähemale (s.o nende tähe asustatavas tsoonis) väga piiratud. Seetõttu pole see meetod eriti kasulik potentsiaalselt asustatavate eksoplaneetide otsimisel.

Näited otsestest pildiuuringutest:

Esimene selle tehnika abil tehtud eksoplaneedi tuvastus leidis aset 2004. aasta juulis, kui rühm astronoome kasutas Euroopa Lõuna vaatluskeskuse (ESO) väga suurt teleskoobi massiivi (VLTA), et kujutleda planeeti, mis on 2M1207 vahetus läheduses Jupiteri massist mitu korda suurem - pruun kääbus, mis asub Maast umbes 200 valgusaasta kaugusel.

2005. aastal kinnitasid täiendavad vaatlused selle eksoplaneedi orbiiti 2M1207 ümber. Kuid mõned on skeptilised, et tegemist oli esimese otsese pildistamise juhtumiga, kuna pruuni kääbuse väike heledus oli see, mis võimaldas planeedi tuvastada. Lisaks sellele, kuna see tiirleb ümber pruuni kääbuse, on mõned pannud väitma, et gaasihiiglane pole õige planeet.

2008. aasta septembris pildistati objekti eraldusvõimega 330 AU selle hosttähe, 1RXS J160929.1? 210524 ümber, mis asub Scorpiuse tähtkujus 470 valgusaasta kaugusel. Kuid alles 2010. aastal kinnitati, et see on planeet ja tähe kaaslane.

13. novembril 2008 teatas astronoomide meeskond, et nad tegid Hubble'i kosmoseteleskoobi abil pilte tähe Fomalhaut tiirlevast eksoplaneedist. Avastus sai võimalikuks tänu Fomalhauti ümbritsevale paksule gaasi- ja tolmukettale ning teravale siseservale, mis viitab sellele, et planeet oli oma teelt prahi välja puhastanud.

Hubble'i järelvaatlustega valmistati ketta kujutised, mis võimaldasid astronoomidel planeedi üles leida. Veel üks panustav tegur on asjaolu, et seda planeeti, mis on Jupiteri massist kaks korda suurem, ümbritseb Saturni rõngastest mitu korda paksem rõngasüsteem, mille tõttu planeet helendas visuaalses valguses üsna eredalt.

Samal päeval teatasid nii Kecki observatooriumi kui ka Gemini observatooriumi teleskoope kasutavad astronoomid, et nad on kujutanud 3 planeeti, mis tiirleb ümber HR 8799. Need planeedid, mille mass on 10, 10 ja 7 korda suurem kui Jupiteri oma, leiti kõik infrapuna abil. lainepikkused. Selle põhjuseks oli asjaolu, et HR 8799 on noor täht ja arvatakse, et selle ümber olevad planeedid säilitavad endiselt osa oma teket.

2009. aastal näitas 2003. aastast pärinevate piltide analüüs Beta Pictorist tiirleva planeedi olemasolu. Aastal 2012 teatasid Mauna Kea observatooriumis Subaru teleskoopi kasutavad astronoomid tähe Kappa Andromedae tiirleva Super-Jupiteri (12,8 Jupiteri massiga) kujutisest umbes 55 AU (Neptuuni peaaegu kaks korda kaugemal) Päike).

Aastate jooksul on leitud ka teisi kandidaate, kuid seni jäävad nad planeetidena kinnitamata ja võivad olla pruunid kääbused. Kokku on otsese pildistamise meetodi abil kinnitatud 100 eksoplaneeti (umbes 0,3% kõigist kinnitatud eksoplaneetidest) ja valdav enamus neist olid gaasihiiglased, kes tiirlesid kaugelt nende tähtedest.

Kuid eeldatavasti see lähitulevikus muutub, kui järgmise põlvkonna teleskoobid ja muud tehnoloogiad muutuvad kättesaadavaks. Nende hulka kuuluvad maapealsed teleskoobid, mis on varustatud adaptiivse optikaga, näiteks kolmekümnemeetrine teleskoop (TMT) ja Magellani teleskoop (GMT). Nende hulka kuuluvad ka koronograafiale tuginevad teleskoobid (näiteks James Webbi kosmoseteleskoop (JWST)), kus teleskoobi sees olevat seadet kasutatakse tähelt tuleva valguse blokeerimiseks.

Veel ühte väljatöötatavat meetodit tuntakse tähevarjuna - seadet, mis on asustatud blokeerima tähevalgust enne, kui see isegi teleskoobi siseneb. Kosmosepõhise teleskoobi jaoks, mis otsib eksoplaneete, oleks tähevari eraldi kosmoseaparaat, mis on kavandatud positsioneerima kõigest õigel kaugusel ja nurga all, et blokeerida tähevalgus tähtedelt, mida astronoomid vaatlesid.

Kosmoseajakirjas on siin palju huvitavaid artikleid eksoplaneettide jahipidamise kohta. Siin on Mis on transiidimeetod ?, Mis on radiaalse kiiruse meetod? Mis on gravitatsiooniline mikrolülitamise meetod? Ja Kepleri universum: meie galaktikas on rohkem planeete kui tähti.

Astronoomiaosakonnal on sellel teemal ka huvitavaid episoode. Siin on episood 367: Spitzer teeb eksoplaneete ja Episode 512: eksoplaneetide otsest pildistamist.

Lisateabe saamiseks tutvuge kindlasti NASA lehega Exoplanet Exploration, Planetary Society lehega Extrasolar Planets ja NASA / Caltech Exoplanet Archivega.

Allikad: